2013年高三物理二轮复习课件专题十 学案19

第3讲选修3－5动量原子和原子核考题1对动量守恒定律的考查动量守恒定律是近几年高考中的必考知识点，高考对此知识点的考查主要以计算题的形式出现，题目难度中等，考查的题目有以下几种情况：涉及两个物体的动量守恒、涉及三个物体的动量守恒、涉及动量守恒和能量守恒的综合问题、动量守恒与原子核物理的结合问题．学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板例1(2012·天津理综·10)如图1所示，水平地面上固定有高为h的平台，台面上有固定的光滑坡道，坡道顶端距台面高也为h，坡道底端与台面相切．小球A从坡道顶端由静止开始滑下，到达水平光滑的台面后与静止在台面上的小球B发生碰撞，并粘连在一起，共同沿台面滑行并从台面边缘飞出，落地点与飞出点的水平距离恰好为台高的一半．两小球均可视为质点，忽略空气阻力，重力加速度为g.求：(1)小球A刚滑至水平台面的速度vA；(2)A、B两小球的质量之比mA∶mB.学案19图1本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析(1)小球从坡道顶端滑至水平台面的过程中，由机械能守恒定律得mAgh＝12mAv2A解得vA＝2gh.学案19(2)设两球碰撞后共同的速度为v，由动量守恒定律得mAvA＝(mA＋mB)v粘在一起的两小球飞出台面后做平抛运动，设运动的时间为t，由平抛运动规律，在竖直方向上有h＝12gt2在水平方向上有h2＝vt联立上述各式得mA∶mB＝1∶3.答案(1)2gh本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板(2)1∶3点拨提升1.在应用动量守恒定律时，首先要分清哪两个、三个或更多的物体组成的系统动量守恒，即选好系统.再注意分清初、末状态各物体的动量分别是多少此时动量的方向不能错，为了避免出错，可先选定正方向.后列动量守恒方程式有时选多个过程，列多个动量守恒及能量关系等方面的方程式，最后正确求解，写清结论.2.碰撞的三种类型：弹性碰撞、非弹性碰撞、完全非弹性碰撞.学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板突破练习1．(2012·山东理综·38)如图2所示，光滑水平轨道上有三个木块A、B、C，质量分别为mA＝3m、mB＝mC＝m，开始时B、C均静止，A以初速度v0向右运动，A与B碰撞后分开，B又与C发生碰撞并粘在一起，此后A与B间的距离保持不变．求B与C碰撞前B的速度大小．学案19图2本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析设A与B碰撞后，A的速度为vA，B与C碰撞前B的速度为vB，B与C碰撞后粘在一起的速度为v，由动量守恒定律得对A、B木块：mAv0＝mAvA＋mBvB①对B、C木块：mBvB＝(mB＋mC)v②由A与B间的距离保持不变可知vA＝v③联立①②③式，代入数据得vB＝65v0.学案19答案65v0本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板2．如图3所示，光滑水平面上有质量均为2m的木块A、B，A静止，B以速度v06水平向左运动，质量为m的子弹以水平向右的速度v0射入木块A，穿出A后，又射入木块B而未穿出，A、B最终以相同的速度向右运动．若B与A始终未相碰，求子弹穿出A时的速度．学案19图3本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析以子弹、木块A组成的系统为研究对象，由动量守恒定律得mv0＝2mvA＋mv以子弹及木块A、B组成的系统为研究对象，由动量守恒定律得mv－2mv06＝5mvA解得v＝1115v0学案19答案1115v0本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板考题2对氢原子能级跃迁、光电效应的考查对原子结构只要求掌握氢原子能级结构和能级公式，光电效应内容要理解极限频率和遏止电压的概念，近几年高考对两部分内容的考查往往交替出现，多以选择题或填空题形式出现．学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板例2(1)如图4所示，给出氢原子最低的4个能级，氢原子在这些能级之间跃迁所辐射的光子的频率最多有____种，其中最小的频率等于____Hz(保留两位有效数字)．学案19图4(2)利用巴耳末公式求出氢原子光谱中波长最大为____．本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板学案19解析(1)根据玻尔理论，氢原子处于最低的4个能级为n＝1,2,3,4，只有从高能级向低能级跃迁时才辐射光子．由数学知识得，N＝nn－12＝4×4－12＝6(种)．由Em－En＝hν，可知能级之间能量差值越小，辐射光子的频率越低．由题图可知，从n＝4能级跃迁到n＝3能级，辐射能量最少，辐射光子的最小频率νmin＝E4－E3h＝[－0.85－－1.51]×1.6×10－196.63×10－34Hz＝1.6×1014Hz.(2)由巴耳末公式1λ＝R(122－1n2)，当n＝3时，波长最大，所以λm＝365.5×107m≈655nm.答案(1)61.6×1014本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板(2)655nm学案19方法总结1.量子数为n的氢原子辐射光子的可能频率的判定方法：(1)如果是一个氢原子，向低能级跃迁时最多能辐射n－1种不同频率的光子；(2)如果是一群氢原子，向低能级跃迁时最多能辐射C2n＝nn－12种不同频率的光子．2．爱因斯坦的光电效应方程是根据能量守恒定律得出的．金属表面的电子从入射光中吸收一个光子的能量hν时(电子吸收光子能量，不是光子与电子发生碰撞)，一部分用于克服电子从金属表面逸出时所做的逸出功W0，另一部分转化为光电子的最大初动能，即12mv2＝hν－W0.本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板光电子的最大初动能Ek与入射光的频率ν是线性关系，而不是成正比．如图5所示，其中直线在横轴上的截距OA就是这种材料的极限频率，直线的斜率就是普朗克常量h，OB长度表示金属材料的逸出功．学案19图5本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板突破练习1．(2012·四川理综·17)如图6所示为氢原子能级示意图的一部分，则氢原子()A．从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长B．从n＝5能级跃迁到n＝1能级比从n＝5能级跃迁到n＝4能级辐射出电磁波的速度大C．处于不同能级时，核外电子在各处出现的概率是一样的D．从高能级向低能级跃迁时，氢原子核一定向外放出能量学案19图6本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析因为E4－E3＝0.66eVE3－E2＝1.89eV，根据c＝λν和hν＝Em－En得，从n＝4能级跃迁到n＝3能级比从n＝3能级跃迁到n＝2能级辐射出电磁波的波长长，选项A正确；电磁波在真空中的传播速度都相等，与光子的频率无关，选项B错误；氢原子的核外电子处于不同能级时在各处出现的概率是不同的，能级越低，在靠近原子核较近的地方出现概频率越大，选项C错误；氢原子从高能级跃迁到低能级时，是氢原子核外的电子从高能级跃迁到低能级时向外放出的能量，选项D错误．学案19答案A本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板2．(2011·新课标全国·35)在光电效应实验中，某金属的截止频率相应的波长为λ0，该金属的逸出功为______．若用波长为λ(λλ0)的单色光做该实验，则其遏止电压为．已知电子的电荷量、真空中的光速和普朗克常量分别为e、c和h.学案19解析由光电效应方程知，光电子的最大初动能Ek＝hν－W0，其中金属的逸出功W0＝hν0，又由c＝λν知W0＝hcλ0，用波长为λ的单色光照射时，其Ek＝hcλ－hcλ0＝hcλ0－λλ0λ.又因为eU＝Ek，所以遏止电压U＝Eke＝hcλ0－λeλ0λ.hcλ0－λeλ0λhcλ0本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板考题3对原子核反应和核能的考查对原子核部分的考查，主要集中在核反应方程填写、有关半衰期计算、有关核能的计算，主要以选择题形式出现，试题难度较低．由于考查越来越细，要注意精读教材，重视课后习题；对与现代科技相联系的题目，应足够重视；重点放在核反应方程的书写及结合能和质量亏损的计算上．学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板例3物理学家们普遍相信太阳发光是由于其内部不断发生从氢核到氢核的核聚变反应．根据这一理论，在太阳内部4个氢核(11H)转化成一个氦核(42He)和两个正电子(01e)并放出能量．已知质子质量mp＝1.0073u，α粒子质量mα＝4.0015u，电子质量me＝0.0005u．其中u为原子质量单位，且1u相当于931.5MeV.(1)写出该核聚变的反应方程；(2)一次这样的核反应过程中释放出多少的能量？(保留4位有效数字)学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析(1)其核反应方程为411H→42He＋201e学案19(2)该核反应亏损的质量为Δm＝4mp－mα－2me＝0.0267u，1u相当于931.5MeV，故释放的能量为ΔE＝0.0267×931.5MeV＝24.87MeV.答案(1)411H→42He＋201e本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板(2)24.87MeV学案19点拨提升核反应中释放的核能，在无光子辐射的情况下，将转化为生成的新核和新粒子的动能，故在此情况下可应用动量守恒定律和能量转化和守恒定律来计算核能.本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板突破练习1．(2011·海南·19)2011年3月11日，日本发生九级大地震，造成福岛核电站严重的核泄漏事故．在泄漏的污染物中含有131I和137Cs两种放射性核素，它们通过一系列衰变产生对人体有危害的辐射．在下列四个式子中，有两个能分别反映131I和137Cs的衰变过程，它们分别是________和________(填入正确选项前的字母).131I和137Cs原子核中的中子数分别是________和________．A．X1―→13756Ba＋10nB．X2―→13154Xe＋0－1eC．X3―→13756Ba＋0－1eD．X4―→13154Xe＋11p学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析根据核反应方程的质量数、电荷数守恒知，131I的衰变为选项B,137Cs的衰变为选项C,131I的中子数为131－53＝78,137Cs的中子数为137－55＝82.学案19答案BC7882本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板2．镭22688Ra的原子核具有放射性，释放出一个粒子后衰变为22286Rn，半衰期为1620年.22688Ra的衰变方程为，10g22688Ra经3240年还剩____g没衰变.22688Ra原子核的质量为m0，22286Rn原子核的质量为m1，释放出的粒子质量为m2，衰变过程放出的能量为ΔE＝.学案19解析根据电荷数守恒和质量数守恒可写出方程．t＝3240年，为两个半衰期，剩余质量为m＝10×(12)2g＝2.5g．由ΔE＝Δmc2可得ΔE＝(m0－m1－m2)c2.(m0－m1－m2)c22.522688Ra→22286Rn＋42He本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板审题模板17用动量守恒定律和能量守恒定律分析弹性碰撞学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板解析(1)设物块B从光滑曲面h高处滑下时的速度为v0，由机械能守恒定律，得mgh＝12mv20，故v0＝2gh＝2×10×1.0m/s＝25m/su，故B滑上传送带后做匀减速运动．加速度a＝μmgm＝μg＝2m/s2，根据v2－v20＝－2ax，得物块B到达传送带左端时的速度v1＝v20－2al＝252－2×2×1.0m/s＝4m/s.离开传送带后做匀速运动，故物块B与物块A第一次碰撞前的速度v1＝4m/s.学案19本学案栏目开关考题1考题2考题3审题模板学案19(2)物块B与物块A发生对心弹性碰撞，碰撞前后遵守动量守恒定律和能量守恒定律．即mv1＝mv1′＋MvA112mv21＝12mv1′2＋12Mv2A1联立解得，v1′＝m－MM＋mv1＝－13v1＝－43m/s负号说明B与A碰撞后，B的速度方向向右．碰撞后物块B运动到传送带上做匀减速运动．速度减为零时的位移x＝v1′22a＝1692×2m＝49ml，因此物块B还没有到达传送带的右边，速度已减小为